CRH2型动车组弹簧垫圈塞尺工装的研制与应用

李 祥 上海铁路局上海动车段

紧固件是动车组应用最广泛的零件，也是其最重要的零件之一。以CRH2型动车组为例，仅其三级检修所耗的紧固件就达500多种，其中弹簧垫圈占比最大，约40余种。经调查，规格为 Φ10、Φ12、Φ16、Φ24的弹簧垫圈不合格率极高（见表1、图1），同一批次、同一规格最严重时达20%多，严重影响动车检修出库质量和上线安全运行性能，同时也造成检修成本浪费，究其主要原因是开口间隙过大（如图2所示），不符合国家GB/T93-1987标准规定。

表1 CHR2型动车组三级检修部分弹簧垫圈的质量情况

图1 大量弹簧垫圈质量不合格

图2 弹簧垫圈开口过大近照

目前市场没有相关的测量工具、仪器对弹簧垫圈开口尺寸进行测量、鉴定，包括主机厂四方股份在内所有作业厂家采用的都是目测识别，该方法过于简易，误差大、精度低，很难准确地定位弹簧垫圈的合格与否。且不谈检修成本无形增加，以及因弹簧垫圈不合格返工带来人力和时间的不必要浪费，最重要的是稍有不慎，将开口间隙过大的不合格品装于动车组上，轻者影响零部件正常工作，重者零部件脱落造成脱轨等事故，后果不堪设想，严重违背铁路安全生产、运营的宗旨。

因此，必须研制一种测量弹簧垫圈开口间隙的工装，提高验收标准；优化配件物流程序，加大不合格筛选力度等措施，以确保安装于动车组上的弹簧垫圈均为合格产品，切实保障动车安全运营。

1 弹簧垫圈合格标准计算

CRH2型动车组所使用的弹簧垫圈均按照国家GB/T93-87标准生产，因此根据《机械设计手册》第2卷第五篇关于弹簧垫圈相关内容规定，其开口间隙计算方式如下：

式中：m:弹簧垫圈开口间隙；S：弹簧垫圈厚度；

S=b（b为弹簧垫圈外径与内径之差，取值见表2），可得

根据公式（2）可计算出弹簧垫圈开孔间隙标准（见表2），凡开口间隙大于其相应标准m的，均视为不合格。

表2 部分弹簧垫圈开口间隙标准对照表

2 工装建模与设计

2.1 建模

经过对现场配件安装作业习惯、验收质检人员的检测经验的总结，以及对游标卡尺、螺旋测微仪、塞尺等诸多测量工具的比较，最终得出，以塞尺为理论原始理论模型，研制一种能够测量弹簧垫圈未安装时的开口间隙以及安装后的开口间隙的特殊塞尺工装，以辅助配件物流中心人员的进货筛选作业和质检人员最终的质量验收检查作业。

2.2 设计

2.2.1 尺身厚度设计

为满足现场作业需求，做到“一尺多测”，特殊塞尺工装应由多个塞尺片组成，每片塞尺的厚度则由实际所检测的弹簧垫圈开口间隙标准决定，实行上限标准，即塞尺厚度一般大于等于开口上限，所有接近开口上限或等同、超过开口上限值的弹簧垫圈均视为报废品。

2.2.2 尺身尺尖设计

由于弹簧垫圈安装的特殊性，存在厚度薄、螺栓螺母遮挡的因素，普通塞尺根本无法塞入其开口内，从而无法检测安装后的弹簧垫圈是否合格。经过研究，必须对塞尺的尺身尺尖进行改造，将其尺身设计成带有钝角的弧度形，并优化尺尖尽可能细而圆滑，从而能很好的“探”入安装好的弹簧垫圈的开口间隙内，测量其开口间隙是否合格。

2.2.3 外观设计

考虑到弹簧垫圈塞尺工装属于较精密的测量器具，既要保证不出现磨损变形，又要保证拿取方便，最终决定在其外层设计一个类似于铰接刀鞘的外壳，以方便拿取和使用。

2.3 设计模型图

根据前述要求，用AUTOCAD软件进行三维设计，设计终稿见图3、图4。

图3 规格为0.55 mm～1.55 mm的特殊塞尺三维图

图4 规格为2.05 mm～3.00 mm特殊塞尺三维图

3 技术要求

3.1 硬度

特殊塞尺硬度应在360～600HV。

3.2 表面粗糙度

特殊塞尺工作表面粗糙度Ra值见表3。

表3 工作表面粗糙度Ra

3.3 公差

特殊塞尺属精密测量器具，根据《国家塞尺规程》（JJG 62-2007）文件规定，特殊塞尺尺片厚度必须严格按照公差要求数据加工，经过计算塞尺厚度公差标准见表4。

表4 弹簧垫圈开口间隙值与应塞尺厚度公差要求对照表

4 操作规范

（1）使用前，必须用干净的布将塞尺测量表面擦拭干净，禁止在塞尺沾有油污或金属屑末的情况下进行测量，以免影响测量结果的准确性。

（2）测量时，禁止在作业过程中用塞尺折弯的方法进行测量，或用蛮力将塞尺塞入被检测间隙测量，以免损坏塞尺尺身或降低塞尺尺尖的精度。

（3）测完后，应先将塞尺擦拭干净，涂抹工业凡士林，然后将塞尺折回尺壳内，以防锈蚀、弯曲、变形而报废。

（4）存放时，不能将塞尺放在重物下，以免损坏塞尺。

5 结论

特殊塞尺投入使用，一方面提高了配件物流中心人员筛检效率和质检人员的验收效率，作业质量得到保障；另一方面避免了不合格品装上车而造成的返工作业发生，降低工人劳动强度；再者，避免了不合格品被误用而不能返厂退换，而造成的配件成本损失。综合来看，工装所发挥的作用在人力、物力等检修成本上带来的效益是明显的。

根据铁路动车组故障统计信息库数据显示，动车组零部件质量缺陷是导致动车发生故障的重要原因之一，因此确保各个零部件的性能满足动车组运行使用要求尤为重要。特殊塞尺工装的投入使用，能够准确地测量出弹簧垫圈开口间隙是否满足标准，从而判断其合格与否，确保弹簧垫圈在使用中稳定、正常地发挥其紧固性能。从另一方面间接避免了因开口间隙超标，影响零部件安装牢固性，造成其工作异常或脱落，导致铁路交通事故的发生。

该特殊塞尺工装是针对弹簧垫圈开口间隙过大无法判定合格与否而研制的，设计原理简单，操作方便。在功能上，塞尺工装具有普遍适用性和拓展性，可以根据弹簧垫圈的规格进行多片组合使用，也可根据弹簧垫圈安装的空间要求进行相应的弧度、尺尖改进。总之，该工装不仅仅可用于铁路车辆系统的弹簧垫圈检测，也可用于整个机械工业市场，从其产生的安全效益来看，极具推广价值。

[1]成大先主编《机械设计手册》（第5版）第二卷第5篇《化学工业出版社》2010年1月.

[2]邵晶,石作德,甘晓川起草《塞尺检定规程》（中华人民共和国国家计量检定规程JJG62-2007）辽宁省计量科学研究院 2008年2月.